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      空調換熱器的機械物理法回收工藝研究

      點擊:1818 日期:[ 2014-04-26 21:39:17 ]
                           空調換熱器的機械物理法回收工藝研究                                   黃嬌紅                (合肥工業大學機械與汽車工程學院,合肥230009)     文章編號:1001-3997(2011)04-0264-03     【摘要】通過對廢棄空調換熱器中可回收材料的深入研究,提出了一種對空調換熱器中銅材和鋁材進行有效回收和分離的方法。該方法利用銅、鋁材料之間機械性能的差異,采用對輥裝置對換熱器進行輥軋,以提高銅、鋁材料之間的可分離性。對輥軋后的換熱器進行破碎、分離和分類即可回收高品位的銅和鋁。該處理工藝環保性能好,易于實現自動化操作,適合空調換熱器的大批量回收。     關鍵詞:換熱器;空調;銅;鋁;分離;回收     中圖分類號:TH16,TB31,TM925.12文獻標識碼:A     1·引言     隨著我國經濟的快速增長,空調器的淘汰率逐年攀升。如何對空調器中的換熱器進行高速有效的回收已成為一個熱點問題。歐、美、日等發達國家對空調器中的換熱器不單獨進行回收,直接將空調器整體破碎后再進行多級分選。這種方法的優點是節省勞動力成本,自動化程度高,但是設備費用高,破碎機功耗大、噪音大、磨損快,而且分離出的材料純度不高,粉碎過程中產生的煙塵也容易造成空氣污染。     我國對換熱器的回收基本采用人工方式,使用手錘、扁鏟、鋼鋸、剪刀、手持切割機等簡單的工具進行手工拆解。金屬材料的分離純度雖然可以達到100%,但是勞動強度大,工作環境惡劣,效率低下,操作不慎,還容易出現事故,不能滿足空調批量回收的需要。     中國專利CN2801309Y、CN201127946Y和CN101450348A均對空調換熱器的材料回收進行了研究,并分別提出了各自的分離裝置[1~3]。     但是所提方案都有很大局限性,沒有充分考慮空調換熱器的結構多樣性,不具備實用性,不適合批量回收。     上述現有技術中,人工分離的方法效率低,整體分離的方法設備成本高,分離的材料純度低。為此,提出一種能對空調換熱器進行高純、高效回收的方法—機械物理法。該方法主要包括:預處理、切割、擠壓、輥軋、破碎、振動分選、風力分選等步驟,利用組成換熱器的銅、鋁兩種金屬機械性能和密度的差異來進行有效的分離。     2·換熱器的構型及材料組成     空調的制冷/制熱循環系統一般由壓縮機、冷凝器、節流閥、蒸發器等部件組成,其中蒸發器和冷凝器統稱為換熱器,分布在室內機和室外機,主要由銅管和鋁翅片組合制成[4]。換熱器按傳熱面的形狀和結構來分,有管式換熱器、板式換熱器以及特殊形式的換熱器等,其中管式換熱器應用最廣。     空調換熱器主要就是管式換熱器,其中家用空調器主要是翅片管式換熱器。所述的換熱器均指翅片管式換熱器。換熱器的主要組成部分是鋁翅片和銅管,鋁翅片外沿兩端是作為安裝支架的鐵片。     銅管在換熱器中的布置狀態有三種:平板形、L形和U形。如圖1所示為L形單層換熱器的結構。如表1所示,列出了銅管與鋁翅片的三種結合方式。在換熱器的成形過程中,通常將銅管彎成U形,U形管口再與半圓管焊接,銅管穿過薄鋁片制成的肋片(鋁翅片),采用脹管技術將銅管膨脹,使銅管與鋁翅片緊密接觸,且相互垂直固定[5]。                    空調器的材料主要包括鋼材、銅材、鋁材和塑料,其中銅材主要分布在冷媒管路,即壓縮機和換熱器之間的管路通道,鋁材主要集中在換熱器,即鋁翅片。     資料顯示,分體壁掛式空調器中銅材的質量占空調器總質量的(16~20)%,鋁材的質量占總質量的7.8~9.7%;分體立柜式空調銅材的質量占空調器總質量的(64.3~70.1)%,鋁材質量占空調器總質量的(11.3~15.1)%[6]。因此可以說,換熱器集中了空調器中的全部鋁材和絕大部分銅材。     3·換熱器的機械物理法回收工藝     機械物理法是根據材料間物理特性的差異,包括密度、導電性、磁性、表面特性等進行分選的手段。機械物理法是回收各種廢舊電子電器設備經常采用的方法,該方法可以使電子廢棄物中的有價物質充分地富集,減少后續處理的難度,環保容易達標。與其它回收方法,如火法、濕法相比,其主要優點在于污染小、成本低,且可對電子廢棄物中的金屬和非金屬進行綜合回收利用[8~9]。     從廢棄空調器中拆卸下來的換熱器,首先要進行檢測,對于可重用的,經過適當處理后可投入二手市場;對于不可重用的則進行材料回收,采用一定的方法分離其中的銅和鋁等材料。采用機械物理法對換熱器材料進行回收,主要工序有:預處理、切割、擠壓、輥軋、破碎、振動分選和風力分選。     機械物理法簡單的處理流程,如圖2所示。詳細的回收工藝如圖3所示。                     3.1預處理     預處理工作主要包括換熱器形狀的改變和鐵件的去除。換熱器的形狀有U形、L形和平板形,預處理之后的工序都是針對平板形進行的,因此需要將U形或L形的換熱器進行形狀的改變。對于U形結構,首先采用切割機從中間切開,使其變成L形;而對于L形的結構,則利用壓力機將其壓成平板形;最后,對于平板形的換熱器,再使用切割機將其兩端或者一端的鐵連接件切除,剩下的銅、鋁部分有待后續分離。如圖4所示。     3.2切割     利用切割機將大塊平板形的換熱器切割成多個方形的小塊,以利于后續流程的處理。其中小塊的尺寸取決于3.4中軋輥裝置輥子的大小。     3.3擠壓     將上述切割所得的方形小塊使用壓力機進行擠壓,擠壓的目的在于使換熱器能順利進入下道工序的軋輥裝置。為了提高效率,可以只對換熱器的一邊進行擠壓,但擠壓完的厚度應保證在輥軋時能夠順利被咬入。另外,擠壓時要沿著銅管的軸線方向送料。     3.4輥軋     采用軋輥裝置對經壓力機擠壓的換熱器進行輥軋,用以減薄換熱器的厚度,同時減小銅管和鋁翅片之間的結合力,以利于下道工序的破碎。     需要注意的是,換熱器應該沿著銅管的軸線方向進入軋輥中,這樣才能保證銅管在被壓扁的同時,與鋁翅片產生容易剝離的效果,減小二者的結合力。因此,在輥軋之前最好布置一個旋轉工作臺,對需要調向的換熱器在進入軋輥之前進行調向操作。                    3.5破碎     小塊的換熱器經擠壓和輥軋后,銅、鋁之間的結合力顯著下降。此時,如圖3所示,采用破碎機對輥軋后的小塊換熱器進行撕扯式的破碎操作。     該破碎工序并不要求把小塊換熱器粉碎成顆粒狀,其目的在于:     (1)將銅管從鋁翅片中徹底解離出來;     (2)將鋁翅片剪切、撕扯成不會纏繞在一起的鋁碎片。這樣做的目的是為后面的風選工序做準備。     如圖3所示,破碎機的錘桿3做成鉤形,對薄而多孔的鋁翅片施加剪切力與撕扯力,使鋁翅片得到破碎。而銅管在前面工序已經被軋扁,軋扁的銅管具有較高的抗拉和抗剪強度,在破碎過程中不會被鉤形錘桿剪破、打碎。最終,兩種材料由于機械性能的顯著差異而被解離。     需要注意的是,破碎時的轉速不宜過高。如圖3所示,破碎后由篩條4落下的料,包括一段段純凈的扁銅管以及高純的鋁碎片。更換篩條4,即可獲得所要求大小的出料。     3.6振動分選     小塊換熱器經破碎后的出料,由傳送帶送到振動分選篩,進行第一次分選—振動分選。振動分選的目的有兩個:     一是通過高頻振動,將尚未完全剝離的銅管和鋁片,以及纏繞在一起的團狀鋁片進行徹底解離;     二是分離出6mm見方以下的鋁碎片細料,而段狀的扁銅管因為尺寸超過6mm見方,與大塊的鋁片則成為振動分選篩的粗出料。     3.7風力分選     對于振動分選所產生的粗出料,再進行第二次分選—風力分選。風力分選是基于銅、鋁材料密度的顯著差異來進行的。振動分選后的出料中,段狀扁銅管的單體質量顯然遠大于片狀的鋁材。經過風力分選器時,密度小的鋁碎片輕易地被引風吸走,密度大的段狀扁銅管則沉到底部,從而實現銅、鋁材料的徹底分離[10]。     4·結論     在介紹了換熱器構型及材料組成的基礎上,提出了一種空調換熱器的回收處理方法,即機械物理法回收工藝。包括對換熱器進行預處理、切割、擠壓、輥軋、破碎、振動分選、風力分選等過程。     與其它回收換熱器的工藝相比,該方法具有一定的實用性,且不會產生廢渣、廢氣與廢液,環境效益好,屬于綠色環保型的回收工藝。該工藝易于實現自動化操作,設備之間可使用傳送帶輸送物料,尤其適合大批量回收換熱器的任務。     參考文獻:略
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